電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性--可靠性

1、 多類型新能源發(fā)電綜合消納的關(guān)鍵技術(shù)電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性電力系統(tǒng)可靠性概述電力系統(tǒng)可靠性概述1. 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念電力系統(tǒng)可靠性的基本概念 電力系統(tǒng)規(guī)劃是保證一定可靠性的情況下，滿足用戶需求，并盡可能減緩和減少投資。 盡可能經(jīng)濟(jì)地向用戶提供持續(xù)的、符合一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的電能和電力經(jīng)濟(jì)性可靠性可靠性費(fèi)用1. 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念電力系統(tǒng)可靠性的基本概念 1）什么是可靠性？ 可靠性：是指一個元件、設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力（概率）。2）可靠性的四個要素u對象：要弄清所研究的問題是指元件還是系統(tǒng)。 u功能：要弄清元件、系統(tǒng)的功能是什么，喪失

2、功能又是如何具體規(guī)定的？ 正?；蚬收希ㄊВ?，把不可修復(fù)元件終止執(zhí)行規(guī)定的功能稱為失效， 把可修復(fù)元件終止執(zhí)行規(guī)定的功能稱故障。u時間： 在研究可靠性時，對時間要有明確的規(guī)定。 時間范圍確定，同時研究的時效性。比如，調(diào)度和規(guī)劃等研究可靠性的時間尺度不同。u使用條件：如戶內(nèi)外、溫度、適度等，這些都對可靠性有很大影響。1. 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念電力系統(tǒng)可靠性的基本概念 3）元件與系統(tǒng)可靠性 u對象：要弄清所研究的問題是指元件還是系統(tǒng)。對象：要弄清所研究的問題是指元件還是系統(tǒng)。元件：構(gòu)成系統(tǒng)的基本單位，在一個具體的系統(tǒng)中，元件不能再分割。系統(tǒng)：由元件組成，它被看成是元件組成的總體總體。有時，系統(tǒng)

3、包容的范圍太大，又可分為若干個子系統(tǒng)。這樣劃分的結(jié)果，若干元件組成一個子系子系統(tǒng)統(tǒng)，若干個子系統(tǒng)組成一個系統(tǒng)。 例如配電系統(tǒng)可以看成電力系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，而斷路器、線路則是構(gòu)成子系統(tǒng)的一些元件。 系統(tǒng)和元件是相對的系統(tǒng)和元件是相對的。4）可靠性工程可靠性工程可靠性工程：涉及元件失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和處理、系統(tǒng)可靠性的定量評定、：涉及元件失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和處理、系統(tǒng)可靠性的定量評定、運(yùn)行維護(hù)、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)等方面。運(yùn)行維護(hù)、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)等方面。 1. 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念電力系統(tǒng)可靠性的基本概念 5）電力系統(tǒng)可靠性 把可靠性工程應(yīng)用于電力系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)可靠性電力系統(tǒng)可靠性，它滲透到電

4、力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行和管理等各個方面。u電力系統(tǒng)可靠性電力系統(tǒng)可靠性是對電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不間斷地向電力用戶供應(yīng)電力和電能質(zhì)量之能力的度量。所謂質(zhì)量合格，就是指電能的頻率和電壓必須保持在規(guī)定的范圍。u充裕性（充裕性（adequacyadequacy）是指電力系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶總的電力需求電力需求和總得電能量電能量的能力，同時考慮到系統(tǒng)元件的計劃停運(yùn)及合理的期望非計劃停運(yùn)及合理的期望非計劃停運(yùn)計劃停運(yùn)。u安全性（安全性（securitysecurity）是指電力系統(tǒng)承受突然發(fā)生的擾動突然發(fā)生的擾動，例如突然短路或未預(yù)料到的系統(tǒng)元件丟失的能力。 元件可靠性系統(tǒng)可靠性已知已知未

5、知未知2. 電力系統(tǒng)可靠性評估的目的電力系統(tǒng)可靠性評估的目的 意義：在電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行的全過程中，堅持系統(tǒng)全面的可靠性定量評估制度，是提高電力系統(tǒng)能效的有效方法。用途：在可靠性評估中，除了對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行故障分析故障分析，采取相相應(yīng)措施應(yīng)措施，以減少故障造成的影響外，還可對可靠性投資與相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合分析綜合分析，以確定合理的可靠性水平，并使電力系統(tǒng)的綜合效益達(dá)到最佳。方法：為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)可靠性評估，首先要確定可靠性目標(biāo)，然后應(yīng)用評估手段，依據(jù)可靠性準(zhǔn)則確定故障準(zhǔn)則并對故障嚴(yán)重性做出估計。 為保證電力系統(tǒng)可靠性達(dá)到期望的水平，在各階段都必須實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：保證電力系

6、統(tǒng)的充裕度；保證電力系統(tǒng)的安全性，采取措施使系統(tǒng)能經(jīng)受住可能的偶發(fā)事故而不必消減負(fù)荷或停電，并避免對系統(tǒng)和元件造成嚴(yán)重?fù)p壞；保持電力系統(tǒng)的完整性，限制故障擴(kuò)大，減小大范圍停電；保證停電后系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。2. 電力系統(tǒng)可靠性評估的目的電力系統(tǒng)可靠性評估的目的 各階段可靠性評估的任務(wù)是： 規(guī)劃階段-規(guī)劃系統(tǒng)的可靠性評估有以下幾個任務(wù)：對未來的電力系統(tǒng)和電能量需求進(jìn)行預(yù)測；收集設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)；制定可靠性準(zhǔn)則和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)準(zhǔn)則評估系統(tǒng)性能，識別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；選擇最優(yōu)方案。 設(shè)計階段-重點(diǎn)是發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估，其可靠性設(shè)計原則是：當(dāng)遭受超過設(shè)計規(guī)程規(guī)定的大擾動時，不利影響擴(kuò)散的風(fēng)險最??；應(yīng)

7、使系統(tǒng)有足夠備用容量來限制擾動后果的蔓延，避免停電范圍擴(kuò)大，保護(hù)運(yùn)行人員免遭傷害，保護(hù)設(shè)備免遭損壞。 運(yùn)行階段-對運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評估，以便在可接受的風(fēng)險度下建立和實(shí)施各種運(yùn)行方式，確定運(yùn)行備用容量，安排計劃檢修，以確定購入和售出電量，確定互聯(lián)系統(tǒng)的輸送電力和電能量。 3. 電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則 2）電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分類（規(guī)劃）為在電力系統(tǒng)中達(dá)到所需可靠性水平應(yīng)滿足的條件，可靠性評估應(yīng)以相應(yīng)的可靠性準(zhǔn)則為基礎(chǔ)?？煽啃詼?zhǔn)則分為： 概率性概率性和確定性確定性指標(biāo)。舉例：概率性的：電力期望不足；確定性的：N-1概率性指標(biāo)分類： 設(shè)備類可靠性指標(biāo)：發(fā)（火電、水電、風(fēng)電）

8、、輸電（交流、直流） 系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分為發(fā)輸電和配電 -系統(tǒng)可靠性指標(biāo)（110以上）-發(fā)輸電模型 -配電系統(tǒng)用戶供電可靠性指標(biāo)（定義了系統(tǒng)和設(shè)備可靠性）； 如：供電可考慮99.99%1）一般的可靠性指標(biāo)： 概率：不可修復(fù)-可靠度(Reliability)；可修復(fù)系統(tǒng)可靠度、可用度Availability 頻率：單位時間里發(fā)生故障的平均次數(shù)。 平均持續(xù)時間：首次故障的平均時間，故障的平均持續(xù)時間。 期望值： 如一年中電力系統(tǒng)發(fā)生故障的期望天數(shù)。3. 電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則 2）電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分類確定性指標(biāo)分類(系統(tǒng))國內(nèi)的：電力系統(tǒng)穩(wěn)定導(dǎo)則規(guī)定電力系統(tǒng)應(yīng)能承受的發(fā)電

9、系統(tǒng)或輸電系統(tǒng)計劃和非計劃停運(yùn)組合的條件。每種故障組合的定義應(yīng)包括擾動本身以及擾動錢的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。例如目前中國及許多國家在電力系統(tǒng)中采用的N-1準(zhǔn)則，就是考慮在N個元件的系統(tǒng)中失去一個元件后，系統(tǒng)必須正常供電。不允許因故障而導(dǎo)致消減用戶的電力和電能量的供應(yīng)。國外的 ：穩(wěn)定導(dǎo)則、安全導(dǎo)則，介紹國外導(dǎo)則概率性和確定性指標(biāo)比較lN-1準(zhǔn)則概念清晰，可操作性好，應(yīng)用很廣。 l概率小的、后果不嚴(yán)重-網(wǎng)絡(luò)不經(jīng)濟(jì)l概率大、后果不嚴(yán)重-網(wǎng)絡(luò)不可靠 l概率性的既考慮發(fā)生的概率，也顧及了后果3. 電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則 3）電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)元件可靠性指標(biāo)3. 電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則

10、電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則 3）電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)元件可靠性指標(biāo)3. 電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與準(zhǔn)則 3）電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)4. 電力系統(tǒng)可靠性評估的基本方法電力系統(tǒng)可靠性評估的基本方法電力系統(tǒng)可靠性的評估（檢驗(yàn)）都是根據(jù)元件故障-分析系統(tǒng)可靠程度。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，把可靠性劃分為幾個環(huán)節(jié)。（發(fā)電、輸電、變電站接線、配電）：每部分都有確定性驗(yàn)證和概率性評估。4. 電力系統(tǒng)可靠性評估的基本方法電力系統(tǒng)可靠性評估的基本方法電力系統(tǒng)可靠性的評估（檢驗(yàn)）都是根據(jù)元件故障-分析系統(tǒng)可靠程度。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，把可靠性劃分為幾個環(huán)節(jié)。（發(fā)電、輸電、變電站接線、配電）：每部分都

11、有確定性驗(yàn)證和概率性評估。4. 電力系統(tǒng)可靠性評估的方法電力系統(tǒng)可靠性評估的方法 電力系統(tǒng)可靠性的評估電力系統(tǒng)可靠性的評估手段手段 電力系統(tǒng)可靠性的評估電力系統(tǒng)可靠性的評估過程過程 電力系統(tǒng)可靠性評估電力系統(tǒng)可靠性評估基本方法基本方法4. 電力系統(tǒng)可靠性評估方法電力系統(tǒng)可靠性評估方法 4.1 4.1 概率解析法概率解析法 4.1.1 4.1.1 串聯(lián)模型串聯(lián)模型21212121AAAUUUUUsesese式中，A為可用率；U為不可用率； 為失效率。 獨(dú)立事件獨(dú)立事件：如果某一事件的發(fā)生不影響另一事件發(fā)生的概率，則這兩個事件成為獨(dú)立事件。 若有N個獨(dú)立事件，各事件發(fā)生的概率分別為P1P2P3Pn

12、, 則所有事件都同時發(fā)生的概率為：nsPPPP.214. 電力系統(tǒng)可靠性評估方法電力系統(tǒng)可靠性評估方法 4.1.2 4.1.2 并聯(lián)模型并聯(lián)模型12121212pepepeUU UAAAA A式中，A為可用率；U為不可用率 為修復(fù)率。 發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估的本質(zhì)是計算服從一定概率分布的兩個隨機(jī)變量（即發(fā)電容量和負(fù)荷需求）之間的差值。這就是數(shù)學(xué)上的卷積概念。 (1, )iip XXpin (1,)kkp YYpkmYXZnimkkikippYXZ11則隨機(jī)變量 的均值由下式計算： 設(shè)兩個隨機(jī)變量X和Y具有下述離散概率密度函數(shù)：此即數(shù)學(xué)上的離散卷積概念 4.1.3 4.1.3 概率卷積模型概率卷積模

13、型 對發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估,風(fēng)險指標(biāo)通常是在給定條件下的Z的均值。例如，如果X代表負(fù)荷需求，Y代表發(fā)電容量，則期望缺供電力為在給定X大于Y的條件下的Z的均值。 對離散卷積，公式為： 即使X和Y是連續(xù)隨機(jī)變量，他們的概率密度函數(shù)也可離散化，以便于使用上式。 nimkkikippYXZ11, 0max4.2 4.2 其他方法其他方法4.3 4.3 隨機(jī)模擬法隨機(jī)模擬法4.3.1 4.3.1 狀態(tài)枚舉狀態(tài)枚舉法法1122NNPQPQPQ式中：Pi和Qi分別是第i個元件工作和失效的概率；N是系統(tǒng)中的元件數(shù)。 系統(tǒng)狀態(tài)概率由下式給出 ： 11ffNN NiiiiP sQP式中，式中，N Nf f 和和N-

14、NN-Nf f 分別是狀態(tài)分別是狀態(tài)s s中失效和未失效的中失效和未失效的元件數(shù)量。元件數(shù)量。4.3.2 4.3.2 非序貫蒙特卡羅模擬法非序貫蒙特卡羅模擬法4.3.3 4.3.3 序貫蒙特卡羅模擬法序貫蒙特卡羅模擬法也稱時序蒙特卡羅模擬法，通過模擬系統(tǒng)運(yùn)行的歷史過程，然后對所抽取的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行分析，它是按照時序進(jìn)行元件的“運(yùn)行-修復(fù)-運(yùn)行-修復(fù)”的狀態(tài)交替過程進(jìn)行模擬，得到每個元件的運(yùn)行修復(fù)狀態(tài)持續(xù)時間，通過組合每個元件的運(yùn)行和修復(fù)過程就能夠得到一個有時間先后順序的系統(tǒng)狀態(tài)序列，因此時序蒙特卡羅法能夠考慮復(fù)雜電力系統(tǒng)運(yùn)行策略（如經(jīng)濟(jì)調(diào)度、水庫用水策略等）的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是編程困難且計算時間較長。4.3.2 4.3.2 序貫蒙特卡羅模擬法序貫蒙特卡羅模擬法4.3.4 4.3.4 蒙特卡羅模擬法的特點(diǎn)蒙特卡羅模擬法的特點(diǎn) 1.產(chǎn)生每一個元件的隨機(jī)數(shù)序列是必要的一步，這些隨機(jī)數(shù)必須滿足三個基本條件：均勻性、獨(dú)立性和足夠長的重復(fù)周期。 2.蒙特卡羅法是一個波動收斂的過程，因此估計出的可靠性指標(biāo)總是有一個相應(yīng)的置信范圍。 3.方差系數(shù)常被用作終止抽樣的判據(jù)。 4.狀態(tài)模擬過程僅需要元件的失效概率或者轉(zhuǎn)移率作為抽樣過程的輸入數(shù)據(jù)。這個特點(diǎn)使我們能夠容易地同時模擬不同的